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Warum Verbundstoffe?

Vorteile

Verbundstoffe werden in folgenden Situationen verwendet:

  • Hohe Anforderungen an die Steifigkeit und die Relation zwischen Festigkeit und Gewicht
  • Hohe Anforderungen an Ermüdungsverhalten, Korrosionsschutz, Bruchfestigkeit, Aufprallschutz sowie Schutz gegen Kriecheffekte
  • Raue Umgebungsbedingungen (wegen des niedrigen thermischen und hygrischen Ausdehnungskoeffizienten)

Ihre hohe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit in Relation zum Gewicht machen Verbundstoffe zu einer bevorzugten Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen. So werden Verbundstoffe beispielsweise im Flugzeugbau zur Reduktion des Gesamtgewichts eingesetzt. Die Anschaffungskosten sind zwar hoch. Dem gegenüber steht jedoch eine wesentliche Senkung der Spritkosten während des Betriebs.

Der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient macht Verbundstoffe für die Verwendung in Satelliten interessant, wo extreme Temperaturschwankungen auftreten.

Anwendungsbereiche

Verbundstoffe kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz, so beispielsweise im Flugzeugbau, bei der Fertigung von Fahrzeugteilen, in biomedizinischen Implantaten und Freizeitprodukten. Im Folgenden sind einige Beispiele aufgelistet:

  • Flugzeugkomponenten - u.a. Triebwerkverkleidung, äußere Tragflächen, Außenhaut der Bauchverkleidung, Bugfahrwerk-Türen und Heckkegel
  • Space-Shuttle-Komponenten - Hülsen, Lüftungstrassen und Rumpfteile
  • Helikopter - Rotorblätter (Grafit-Kunstharz-Verbundstoffe)
  • Automobile - Karosserien aus Kohlenstoff- oder Glasfaser-Verbundstoffen
  • Boote - Rumpf (aus Holz oder Kevlar)
  • Biomedizin - Implantatmaterialien
  • Freizeitprodukte - Fahrradrahmen, Tennisschläger, Skier und Golfschläger-Schäfte

Einschränkungen

  • Schäden (innerhalb von und zwischen Lagen) lassen sich schwer erkennen. Dies erfordert teure zerstörungsfreie Prüftechniken oder Zustandsüberwachungssysteme.
  • Materialkonstanten sind in der Regel orthotrop und lassen sich daher schwer bestimmen.
  • Im Vergleich zu Metallen geringe Bruchzähigkeit bei gleicher Materialfestigkeit.


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